La drástica bajada de precios de la energía fotovoltaica y eólica ha llevado a una parte de la comunidad científica a plantearse una idea que hasta hace poco parecía absurda: transformar esos dos tipos de energía en calor, almacenarlo y luego convertirlo de nuevo en electricidad cuando haga falta.

En principio, las leyes termodinámicas más básicas dicen que este proceso no puede ser eficiente, como mucho se alcanzaría el 50 %. Sin embargo, la economía sigue caminos distintos a la termodinámica y resulta que este sistema sí puede ser rentable, mediante baterías térmicas. 

Esto es lo que se concluye el estudio publicado en la revista Applied Energy por investigadores del Instituto de Energía Solar de la Universidad Politécnica de Madrid (IES-UPM) en colaboración con la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC).

Si la energía solar fotovoltaica es suficientemente barata, transformarla en forma de calor para luego convertirla de nuevo a electricidad puede ser más barato y rentable que hacerlo mediante baterías electroquímicas

La clave para comparar la rentabilidad del almacenamiento de energía en forma de calor frente a otro tipo de sistemas de almacenamiento energético tradicionales está en el coste económico del sistema global.

“Si la electricidad es suficientemente barata, transformar esta energía en forma de calor y luego convertirla de nuevo a electricidad puede ser más rentable que hacerlo mediante baterías electroquímicas, aunque estas sean mucho más eficientes”, apunta Alejandro Datas, miembro del IES-UPM y principal autor de este estudio.

“La razón –explica– es que almacenarlo así es extremadamente más barato que hacerlo en baterías electroquímicas. Hasta 100 veces menos. Además, el calor que no se puede convertir en electricidad puede aprovecharse para producir agua caliente o incluso para alimentar un sistema de absorción para refrigeración en verano”.

Según el estudio, un sistema de autoconsumo fotovoltaico residencial que utilice este tipo de baterías térmicas podría proporcionar ahorros de en torno al 70-80 % en electricidad y del 15-20 % en calefacción, así como evitar aproximadamente una tonelada de emisiones de CO2 por vivienda y año. 

Instalaciones residenciales y comerciales

Los autores también estiman que la rentabilidad puede ser incluso mayor en aplicaciones de gran tamaño, como pueden ser centros comerciales, hospitales o fábricas, donde la economía de escala permita reducir aún más los costes del sistema y aprovecharse, además, de costes de generación fotovoltaica mucho menores.

Un sistema de autoconsumo fotovoltaico residencial con baterías térmicas podría proporcionar ahorros del 70-80 % en electricidad y 15-20 % en calefacción, así como evitar una tonelada de emisiones de CO2 por vivienda y año 

Según Datas, “almacenar energía eólica o fotovoltaica en forma de calor no sólo permitirá un ahorro sustancial del coste de la acumulación, sino también satisfacer parte de esa gran demanda de calor con fuentes renovables. Desarrollar este tipo de sistemas puede ser clave para reducir nuestra dependencia de los combustibles fósiles, no sólo en el sector eléctrico, sino que también en el térmico”.

Los investigadores ya han empezado a dar los primeros pasos para fabricar este nuevo tipo de baterías térmicas. Durante los últimos tres años han coordinado el proyecto europeo AMADEUS, en el que, junto con otros siete centros de investigación europeos, han construido un primer prototipo a escala de laboratorio. 

Ejemplo de integración de una batería térmica en un área residencial. / IES-UPM

Una vez terminado el proyecto, la Comisión Europea ha decidido aportar financiación adicional para realizar un estudio de mercado, valorar modificaciones en los prototipos y analizar su posible explotación comercial. Los investigadores, con el apoyo de la consultora francesa Ayming, emprenderán esta tarea a partir de septiembre de este año, pero ya están buscando socios industriales para la fabricación. 

Congreso internacional en Madrid

Hace tan sólo unos meses, se celebró en Madrid el primer congreso internacional dedicado a las baterías térmicas de muy alta temperatura. El encuentro, organizado por los miembros del IES, congregó a científicos e ingenieros de once países de todo el mundo que discutieron sobre el futuro de esta nueva tecnología. 

Al evento asistieron empresas como la australiana 1414 Degrees o la estadounidense Antora Energy, que ya están desarrollando los primeros prototipos comerciales de estas baterías. Y no paran de surgir proyectos. 

Entre ellos, los de compañías como SIEMENS-Gamesa o Malta (ex Google) que también han decidido apostar por este tipo de sistemas. Aunque muy diferentes desde el punto de vista tecnológico, todos ellos tratan de dar respuesta a la necesidad creciente de desarrollar sistemas de almacenamiento de muy bajo coste que permitan el despliegue masivo de las energías renovables intermitentes, como la solar o la eólica. 

La búsqueda de estos sistemas es uno de los grandes retos tecnológicos del futuro. Actualmente el calor representa más del 50 % de la demanda energética global del planeta y supone el 40 % de las emisiones globales de CO2.

Referencia: 

Datas A., Ramos A., del Cañizo, C. “Techno-economic analysis of solar PV power-to-heat-to-power storage and trigeneration in the residential sector”. Applied Energy (256) UNSP 113935, diciembre 2019 .